重庆有线智慧机房电池监控系统建设实践与设想

唐兴权，莫 若

（重庆有线电视网络股份有限公司，重庆 400000）

1 蓄电池维护存在的问题

随着工业自动化和信息化程度的提高，数据中心已成为通信、公安、金融及银行系统的核心部门，为确保设备的供电安全，越来越多的大型UPS得到应用。据权威统计，60%以上的UPS故障是由蓄电池组造成的，蓄电池的维护已成为确保UPS正常运行的关键和难点。目前，蓄电池维护普遍存在以下5个问题。一是维护力量有限。机房分布地域广且蓄电池数量越来越多，人员无法同步增加，电池测量的工作繁重，无法经常性的检测。二是维护难度大。设备维护规程规定每年都要做一次充放电测试，但UPS蓄电池放电测试工作量大且危险，经常因落后电池导致事故发生[1]。UPS电池串较长，电池串越长电池劣化速度越快，且落后电池难以发现。三是维护方式落后。蓄电池国标维护规程自建立以来一直未变，已不能满足实际需要。四是运行状态堪忧。由于维护不到位，蓄电池实际使用寿命一般只达到设计值的一半（3年左右）。五是浪费影响巨大。实际使用寿命短会直接造成投资浪费、环境污染以及工作效率低下等问题。同时，蓄电池运行状态的“信息黑洞”极有可能造成影响社会政治、经济或生活等方面的恶性事件[2]。

2 系统概述

电池在线监控预警系统平台部署在重庆有线智慧机房监控系统的服务器内，负责采集各站点上传数据，并进行后台分析计算和存储等。通过该平台对上传数据的分析处理可实现站点蓄电池各项参数的实时查看、站点隐患智能分析和维护指导以及电池均匀性变化分析，以指导维护人员更加科学高效地维护蓄电池。系统具体实现了单体内阻在线监测功能、单体电压在线监测功能以及环境温度监测功能。电池监控项目实施后可以达到4种效果。一是提前预警即将失效的蓄电池，排除潜在的隐患，确保直流系统安全。二是无需进行定期的电压手工测量，节约人力物力。三是即时发现充电故障，延长蓄电池组寿命。四是通过对数据的系统分析，积累不同品牌型号蓄电池的实际运行经验作为选型参考。

3 电池测量过程原理

电池传感器测量过程采用了独特的四线制交流放电法和锁定放大技术，在UPS等强干扰环境下仍能准确测得电池内阻，其原理如图1所示。

图1 电池测量原理图

铅酸电池监控中，内阻参数是最重要的监控参数。传感器是否能准确测量电池内阻是衡量传感器好坏的一个重要指标。描述内阻测量性能的3个指标为内阻测量绝对精度、内阻测量重复度以及内阻测量一致性。

3.1 内阻测量性能指标

3.1.1 内阻测量绝对精度

内阻测量的绝对精度是指传感器内阻测试值与真实内阻值之间的差异。使用不同的测试方法和测试激励信号频率会得到不同的内阻值，如何判断内阻测量值是否准确是行业公认的难题。而精密电阻测量有效地解决了这个难题，通过测量已知阻值的精密电阻来衡量传感器的测量准确性。

3.1.2 内阻测量重复度

内阻测量的重复度是指对同一电池单体，在同一条件下用同一电池监控传感器反复测量内阻值，得到结果的偏差范围。这个指标真实反映了传感器是否能准确测量电池内阻，可以作为内阻测量的精度指标。

3.1.3 内阻测量一致性

内阻测量的一致性是指对同一电池单体，在同一条件下，用同一型号的不同电池监控传感器测量内阻值，得到结果的偏差范围[3]。如果传感器一致性不好，那么不同传感器测量得到的结果就不具备可比性。而实际应用中，大多是对一组电池中的多个电池单体进行监控，差的一致性会导致实际内阻较低的电池单体测量所得结果比实际内阻较高的电池单体的测量结果更高，从而使测量结果失去意义[4]。

3.2 电池内阻测量过程

测量内阻时，传感器使用一个峰峰值为1 A的70 Hz正弦波，通过一对放电线对电池进行小电流放电，电池两端会产生一个与内阻对应的微小电压波动[5]。传感器通过另一对采样线对此电压波动采样并进行放大，放大后的电压波动与测量用的同频同相正弦波相乘，实现相干解调，再通过低通滤波器提取直流成本，此过程称之为锁定放大。对锁定放大的结果进行采样计算可以得出电池的内阻[6]。

3.3 采用技术

采用锁定放大技术和相干解调，只检测与测量信号同频同相的相关信号，滤除其他频率的干扰信号，可以极大地提高测量的抗干扰能力，使其在UPS等强干扰环境下仍能准确快速地测量电池内阻[7]。

4 机房电池监控原理

电池监控系统的基本原理是每个蓄电池单体在本地安装一个监控传感器，传感器采集此电池单体的电压、内阻及温度参数，然后将数据通过总线上报给现场工作站主机，再由现场主机上报给中心服务器[8]。机房电池监控原理如图2所示。

5 监控指标专业化建设

从建设中发现，系统采集的设备数据中包含着许多专业化的信息，如何将专业化的信息转化为监控调度人员与机房运维人员等非专业人员能够快速做出判断的信息是系统建设中非常重要的环节[9]。因此，智慧机房的预警不仅在于数据的采集，更重要的是在数据采集后设立相应的标准，建立标准的告警与预警机制与模型。建立标准的告警机制是一个长期不断优化的过程，需要结合不同的厂商设备和应用场景，将公司所有的电池进行信息统计，与原厂工程师建立长久的联系，建立属于重庆网电池监控的专业指标[10]。此外，还需要建立电池健康分析预警模型，结合瞬时内阻的值、电池的年限以及内阻的变化趋势，做出辅助性的提示预警。

6 结 论

随着物联网时代的发展，万物互联已逐渐成为现实，传统的现场监控也转向远程的移动互联。经过深入的学习与探究，研发出基于重庆有线传输网动力环境监控系统的电池监控，方案充分结合重庆有线现有机房的电池实际情况，不仅能对设备进行实时数据分析告警，还能长时间存储数据，绘制每节电池的数据走势图。智慧机房建设中，相关人员应深刻认识到只有不断深化改革和深入研究并汇集当下的先进专业经验，才能让电池的运维朝着智慧化预警和巡检的方向前进。